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第1章 概论1

1.1变电站在电力系统中的地位和作用1

1.2变电站自动化技术的发展过程1

1.2.1分立元件的自动装置阶段2

1.2.2微处理器为核心的智能自动装置阶段3

1.2.3国外变电站综合自动化的发展3

1.2.4我国变电站综合自动化的发展过程5

1.3变电站综合自动化与无人值班8

1.3.1国外变电站无人值班的发展简况8

1.3.2国内变电站无人值班的发展8

1.3.3变电站实现无人值班的目的和意义9

1.3.4现代无人值班变电站需具备的条件11

1.4智能变电站自动化系统的发展12

第2章 智能变电站自动化系统的功能14

2.1智能变电站自动化系统的内涵14

2.2监控子系统16

2.2.1数据采集功能16

2.2.2数据分类和处理20

2.2.3安全监控功能21

2.2.4操作与控制功能21

2.2.5人机联系功能22

2.2.6运行记录功能23

2.2.7同步对时功能23

2.3继电保护子系统23

2.3.1继电保护的基本任务23

2.3.2继电保护的重要作用23

2.3.3微机保护的优越性24

2.3.4微机保护子系统的内容25

2.4自动控制子系统26

2.4.1电压、无功综合控制功能26

2.4.2低频低压减载控制的作用26

2.4.3备用电源自投控制的功能27

2.4.4单相接地自动选线功能27

2.5电能量计量系统27

2.6电能质量监测功能28

2.6.1电能质量监测是建设智能电网的重要内容之一29

2.6.2衡量电能质量的主要指标和相应的国家标准30

2.6.3电能质量超限值的危害32

2.6.4谐波和间谐波的分析与监视35

2.6.5电力系统中谐波的抑制42

2.7通信功能44

2.8多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用45

2.8.1多媒体技术在变电站应用的优越性45

2.8.2变电站多媒体系统结构46

2.8.3实时控制数据和多媒体数据的协调47

2.8.4光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择48

2.9变电站自动化系统要适应电力市场化的需求48

2.10智能变电站自动化系统功能的发展49

2.10.1全景信息采集及统一建模技术研究49

2.10.2发展广域动态实时监控系统50

2.10.3智能告警及分析决策系统50

2.10.4建立故障信息综合分析决策系统52

2.10.5发展电力设备状态检修研究53

2.10.6柔性交流输电技术的研究和应用54

2.10.7分布式安全评估和控制54

2.10.8可再生能源接入技术的研究55

第3章 智能变电站自动化系统的结构56

3.1智能变电站自动化系统的设计原则56

3.1.1总体设计原则56

3.1.2继承与发展相结合原则56

3.1.3系统结构的分层分布原则57

3.1.4间隔层采用分散式原则57

3.1.5可靠性原则57

3.1.6资源整合原则58

3.1.7系统要满足可扩展性和可适应性原则58

3.2 IEC 61850标准定义的变电站自动化系统的分层结构58

3.2.1过程层（process level）功能58

3.2.2间隔层（bay level）／单元层功能59

3.2.3变电站层（station level）功能59

3.3变电站的智能电子设备59

3.4自动化系统的结构模式60

3.4.1集中式的综合自动化系统60

3.4.2分层分布式系统集中组屏的结构模式61

3.4.3分散式与集中组屏相结合的自动化系统的结构模式64

3.4.4分布分散式变电站自动化系统结构模式65

3.5智能变电站自动化系统结构模式的发展67

3.5.1开关设备的智能化68

3.5.2变压器的智能化69

3.5.3电子式互感器的应用促进智能变电站的发展69

3.5.4智能变电站自动化系统现阶段的结构模式74

第4章 继电保护子系统原理79

4.1概述79

4.1.1我国继电保护的发展过程79

4.1.2电力系统的故障和不正常运行状态79

4.1.3继电保护的分类80

4.1.4对继电保护的基本要求80

4.2输电线路继电保护82

4.2.1单侧电源网络相间短路的电流保护82

4.2.2电网相间短路的方向性电流保护85

4.2.3输电线路的接地保护89

4.2.4高压输电线路常用保护91

4.3微机变压器保护93

4.3.1变压器的故障类型及异常运行状况93

4.3.2变压器保护的配置94

4.3.3变压器差动保护基本原理95

4.3.4变压器差动保护中的不平衡电流96

4.3.5具有制动特性的差动保护98

4.3.6二次谐波制动的差动保护100

4.3.7变压器差动速断保护101

4.3.8变压器励磁涌流的新判别方法102

4.4并联补偿电容器保护105

4.4.1电容器故障类型分析105

4.4.2电容器内部故障的保护106

4.4.3电容器回路的相间短路保护108

4.4.4系统电压异常的电容器保护108

4.5电子式互感器的应用促进新原理保护的研究109

第5章 自动控制子系统原理110

5.1电压无功综合控制子系统110

5.1.1电压和无功控制的重要性110

5.1.2电压无功综合调控的目标111

5.1.3变电站电压无功综合控制的基本原理111

5.1.4微机电压无功综合控制的方式113

5.1.5电压无功综合控制的实现方法115

5.1.6电压无功综合控制策略116

5.1.7 MVR——Ⅲ型微机电压无功综合控制系统应用举例120

5.2电力系统低频低压减载控制子系统124

5.2.1电力系统频率偏移的原因125

5.2.2电力系统频率降低的危害125

5.2.3低频低压减载的控制方式126

5.2.4低频低压减载的实现方法127

5.3备用电源自投控制子系统128

5.3.1备用电源自动投入的作用128

5.3.2备用电源自投装置的基本要求128

5.3.3变电站备用电源的配置129

5.3.4备用电源自投的动作逻辑130

5.4小电流接地系统的单相接地选线131

5.4.1利用稳态故障信号的单相接地选线方法分析132

5.4.2综合智能选线方法134

5.4.3基于暂态信号的单相接地选线技术136

第6章 智能电子设备的硬件原理139

6.1智能电子设备的典型硬件结构139

6.2智能电子设备常用的微处理器141

6.2.1单片微型计算机141

6.2.2 DSP数字信号处理器143

6.2.3 ARM处理器146

6.2.4 ARM DSP的微机保护装置的硬件架构148

6.3智能电子设备的外围接口电路149

6.3.1 IED的模拟量输入／输出通道149

6.3.2模／数（A/D）转换器151

6.3.3 V/F（电压／频率）转换器154

6.3.4多路转换器154

6.3.5采样保持器155

6.3.6高集成度的数据采集系统DAS156

6.3.7 IED的数字量输入／输出157

6.3.8开关量输入／输出接口161

6.4智能电子设备硬件结构的新发展162

第7章 交流电量常用算法分析164

7.1概述164

7.2数字滤波算法分析与选择164

7.2.1模拟与数字滤波器164

7.2.2递归与非递归型数字滤波器的比较165

7.2.3数字滤波器的设计166

7.2.4常用的数字滤波器及其滤波特性166

7.3不同功能的IED对算法的不同要求170

7.4常用算法171

7.4.1基于正弦函数模型的算法171

7.4.2基于周期函数模型的算法175

7.4.3基于随机函数模型的算法178

7.4.4解微分方程算法180

7.4.5提高计算精度的傅里叶均值算法180

7.5算法的选择182

第8章 小波分析在变电站自动化系统中的应用184

8.1概述184

8.2小波分析的理论基础185

8.2.1小波变换的定义185

8.2.2单尺度小波变换的反演186

8.3改进递归小波变换的研究187

8.3.1递归小波变换187

8.3.2改进递归小波变换（IRWT）188

8.3.3改进递归小波变换和递归小波变换的对比191

8.4基于IRWT的变压器励磁涌流鉴别算法的研究192

8.4.1提取信号畸变特征的算法192

8.4.2基于IRWT的鉴别励磁涌流算法193

8.4.3基于IRWT鉴别励磁涌流的算例分析194

8.5小波分析在电力系统中的应用196

8.5.1小波分析在微机保护中的应用196

8.5.2小波分析用于输电线路故障定位198

8.5.3小波分析用于电力设备的状态监视和故障诊断199

8.5.4小波分析在电力系统谐波检测中的应用199

8.5.5小波变换应用于电能质量分析200

8.5.6小波变换在电力系统负荷预测中的应用200

8.5.7小波变换应用于电力系统暂态稳定分析201

8.6小结201

第9章 变电站自动化系统的数据通信203

9.1概述203

9.2变电站自动化系统信息传输的内容204

9.2.1变电站自动化系统内部的信息传输204

9.2.2变电站自动化系统与控制中心的通信205

9.3变电站自动化系统对通信网络的要求205

9.3.1通信网络是变电站自动化系统的命脉205

9.3.2信息传输响应速度和优先级205

9.4数据通信的基本原理207

9.4.1数据通信方式207

9.4.2串行数据通信的方向性结构207

9.4.3数据通信系统的主要技术指标208

9.4.4数据同步方式209

9.4.5多路复用技术211

9.4.6远距离通信系统的基本结构212

9.5变电站自动化系统的通信网络214

9.5.1通信网络的拓扑结构214

9.5.2串行总线通信网络217

9.5.3现场总线通信网络220

9.5.4以太网（Ethernet）局域网络224

9.5.5嵌入式以太网228

9.5.6工业以太网技术在变电站应用的优越性228

9.6差错检测技术229

9.6.1奇偶校验230

9.6.2纵向冗余校验230

9.6.3循环冗余校验CRC231

9.6.4累加和校验232

9.7变电站与控制中心的信息传输规约232

9.7.1变电站远传信息内容233

9.7.2变电站信息传输规约233

9.8电力系统的远动无缝通信传输协议（IEC 61850标准协议）237

9.8.1 IEC 61850变电站通信网络和系统标准协议制定过程237

9.8.2 IEC 61850标准协议的主要内容239

9.8.3 IEC 61850标准协议的体系结构240

9.8.4 IEC 61850标准协议的技术特征242

9.8.5变电站采用IEC 61850标准协议的优越性246

9.8.6 IEC 61850标准的一致性测试247

9.8.7 IEC 61850标准在应用中不断发展250

第10章 提高智能变电站自动化系统可靠性的措施252

10.1概述252

10.2电磁兼容的基本概念253

10.3变电站内主要电磁干扰源及其特点253

10.3.1变电站的电磁干扰源253

10.3.2电磁干扰的耦合途径256

10.3.3电磁干扰可能造成的后果256

10.4变电站自动化系统抗电磁干扰的措施258

10.4.1影响智能电子设备电磁兼容性能的因素258

10.4.2抑制干扰源影响的措施258

10.4.3接地和减少共阻抗耦合259

10.4.4智能电子设备各端口的滤波措施263

10.4.5智能电子设备的隔离措施266

10.4.6自动化系统供电电源的抗干扰措施268

10.4.7电子电路的电磁兼容设计269

10.5智能电子设备的故障自诊断和自纠错270

10.5.1测量值的自纠错270

10.5.2故障自诊断272

10.5.3程序出轨的自恢复274

参考文献276